Оценка степени комфортности территории Приволжского федерального округа для проживания человека Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 551.5

Ю.П. Переведенцев, Т.Р.Аухадеев, А.В. Антонова, К.М. Шанталинский

Казанский (Приволжский) федеральный университет, [email protected]

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ КОМФОРТНОСТИ ТЕРРИТОРИИ ПРИВОЛЖСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА ДЛЯ ПРОЖИВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Выполнен пространственно-временной анализ суммарного индекса патогенности I и его частных составляющих на территории Приволжского федерального округа (ПФО). Нарастание раздражающих погодных условий происходит с юго-запада ПФО на северо-восток. Комфортные условия погоды характерны для летних месяцев. При этом в зимний период основной вклад в суммарный индекс I вносят индексы патогенности температуры воздуха и межсуточные колебания температуры, в летний период возрастает роль индексов патогенности облачности и влажности. Анализ распределения повторяемости индекса патогенности показал, что комфортные условия погоды (более 50% случаев) приходятся на май-август, раздражающие на март-апрель, октябрь и острые более чем в 50% случаев происходят в январе, феврале, ноябре и декабре.

Ключевые слова: изменения климата; индекс патогенности; здоровье человека; окружающая среда.

Введение

В последние годы в России и за рубежом много внимания уделяется изучению современных изменений климата и погодных условий, способных оказать влияние на жизнедеятельность и здоровье человека, наряду с такими традиционными факторами риска индустриальной эпохи как загрязнение атмосферного воздуха и питьевой воды, курение, наркомания и др. (Ревич, Малеев, 2011).

Погода и климат оказывают как прямое воздействие на здоровье человека через заболевания, связанные с экстремальными температурами, опасными и катастрофическими явлениями погоды, загрязнением воздуха, так и косвенное. В то же время природные факторы на отдельных территориях способствуют формированию комфортных условий проживания человека, являются рекреационным ресурсом.

На практике для оценки степени комфортности условий погоды вычисляются многочисленные биометеорологические индексы, а для оценки реакции организма человека на внешние воздействия используют медицинскую статистику вызовов скорой помощи, заболеваемости и смертности населения. В ряде работ выполнены исследования на эту тему для различных регионов России (Ревич, 2007; Ревич, Шапошников, 2012).

Современное потепление глобального климата сопровождается увеличением повторяемости (частоты) и силы волн жары - продолжительных периодов (в пределах сезона) с экстремально вы-

4/2016

сокой температурой. Устойчивая продолжительная жаркая погода вызывает увеличение числа смертей и заболеваний системы кровообращения (инфаркт), цереброваскулярных заболеваний (инсульт), заболеваний органов дыхания и эндокринной системы (диабет), особенно у лиц старше 65 лет, а также у людей с хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой системы и органов дыхания (Второй оценочный ..., 2014). Известны события августа 2003 г. в Западной Европе, когда волна жары повлекла за собой свыше 70 тысяч дополнительных случаев смерти et а1.,

2008).

Согласно перспективным оценкам, изменение климата в XXI в. будет оказывать воздействие на человека, главным образом усугубляя существующие проблемы здоровья (1РСС, 2013).

Нами предпринято комплексное исследование на территории Приволжского федерального округа (ПФО), включающее в себя оценку состояния биоклимата, его влияния на здоровье человека, оценку степени комфортности среды, выявление негативных тенденций. В более ранних работах авторов представлено обстоятельное описание климатических условий региона (Переведенцев и др., 2011; Переведенцев и др., 2014).

На Европейской части России из-за сильной жары в июле-августе 2010 г. произошло значительное повышение смертности, более чем в 1.5 раза по сравнению летом 2009 г. При этом основной причиной дополнительной смертности населения стала болезнь органов кровообращения (34.5 тыс. из 54 тыс. случаев) (Ревич, Шапошников, 2012).

Анализ медицинских показателей за 8 лет (2008-2015) по территории Республики Татарстан (Естественное..., 2015) показал, что в период экстремальной жары лета 2010 г. (июль-август) произошло резкое увеличение числа случаев смертности на 2528 дополнительно по сравнению с июлем-августом 2009 г. При этом последствия жары в августе 2010 г. были более губительными, чем в июле. Следовательно, причиной дополнительной смертности можно признать только природную аномалию.

Материалы и методы исследования

Для оценки биоклимата предложены методики определения влияния различных метеорологических комплексов (температура-влажность воздуха, температура-скорость ветра, температура-атмосферное давление) на обнаженное тело человека или на человека в одежде с различными теплозащитными свойствами (Исаев, 2001).

Так, оценку воздействия высоких температур и повторяемости душных погод на человека рекомендуется проводить с использованием эффективной температуры ТЕ, представленной в виде формулы:

I = I + I. + I + I + г + г,

t f V п Ар А^

ТЕ = Т - 0.4(Т-1)(1-Ш00),

(1)

где Т - температура воздуха, °С; f - относительная влажность воздуха, %.

Эффективная температура - температура насыщенного влагой воздуха, которая будет давать то же ощущение комфорта (дискомфорта), что и реальная температура окружающего воздуха с определенным уровнем влажности. Для оценки теплового стресса на основании эффективной температуры используется ее следующая классификация: выше 30 °С - сильные тепловые нагрузки, от 30 до 24 °С - умеренные тепловые нагрузки, от 24 до 18 °С - «тепло», от 18 до 12 °С - «умеренно тепло», от 12 до 6 °С - «прохладно», от 6 до 0 °С - «очень прохладно». Зона комфорта по значениям эффективной температуры находится в пределах значений индекса 22.5-24.5 °С (Исаев, 2001).

Из формулы (1) следует, что при температуре воздуха ниже 10 °С сухой воздух кажется теплее, чем влажный, а при температуре выше 10 °С, наоборот - холоднее.

Для оценки кратковременных воздействий погодных условий на самочувствие и здоровье человека рассчитывался суммарный метеорологический индекс патогенности I, предложенный в работе (Бокша, Богуцкий, 1980):

где I - индекс патогенности температуры воздуха: 14=0.02(184)2 при температуре меньшей или равной 18°С; 1=0.02(Ы8)2 при Р-18°С; I - среднесуточная температура, 1А - индекс патогенности межсуточного изменения температуры А1; 1(,- индекс патогенности влажности воздуха; f - среднесуточная относительная влажность (%); ^ - индекс патогенности ветра; V -среднесуточная скорость ветра (м/с); 1п - индекс патогенности облачности, которую определяют по 11-балльной шкале: 0 соответствует полное отсутствие облаков, 10 баллов - сплошная облачность, п - балл облачности; I - индекс патогенности межсуточного изменения атмосферного давления Ар.

На практике для расчета индекса патогенности I (баллы) используют рабочую формулу:

I = юсмо)«^ 0.2^ +0.06п2+0.06(Ар)2 + 0.3(А1)2+14 (3)

При этом авторами (Бокша, Богуцкий, 1980) предложены три градации индекса патогенности метеорологической ситуации:

Индекс патогенно-сти 0-9 10-24 >24

Условия погоды Оптимальные (комфортные) Раздражающие Острые

В качестве исходных данных использовались срочные метеорологические наблюдения на 19 станциях ПФО в период 1966-2013 гг., позволившие рассчитать все компоненты формулы (3).

Результаты и их обсуждение

Как известно, на самочувствие человека заметное влияние оказывают межсуточные колебания метеопараметров. Были оценены абсолютные значения межсуточных изменений атмосферного давления АР (гПа) и температуры воздуха А( (°С). Отмечается годовой ход рассчитанных параметров с максимумом в январе и минимумом в июле, а также рост колебаний рассматриваемых величин в направлении с юго-запада округа на северо-восток. Так, в январе осредненные величины А( по месяцам за период 1966-2013 гг. изменяются от 3.6 на юго-западе округа до 4.4 0С на северо-востоке, в июле значение межсуточных колебаний понижаются до 1.6-1.9 °С.

Межсуточные изменения давления изменяются в январе по территории ПФО при перемеще-

4

российский журннл ииой экологии

нии с юга на север от 5.18 до 6.48 гПа, а в июле от 2.31 до 2.89 гПа. Статистический анализ межсуточных колебаний метеопараметров показал, что в январе чаще всего межсуточные перепады температуры встречаются в диапазоне 0-4.0 °С (60% случаев), в июле примерно в 60% случаев эти перепады приходятся на диапазон 0-2.0 °С. Аналогичная ситуация складывается и для атмосферного давления. Так, в январе в 60% случаев АР не превышает 6 гПа, а в июле колебания АP в 61% случаев происходят в диапазоне 0-2.7 гПа. Таким образом, основная масса межсуточных перепадов метеопараметров имеет относительно небольшое численное значение и лишь в 29 % случаев в январе АP превышает 8 гПа, а Аt в 14% случаев, соответственно 8 °С, что согласно (Исаев, 2001), вызывает негативную реакцию человека. В летний период эти показатели заметно мягче и редко встречаются большие перепады АP и Аt.

В данной статье произведена оценка комплексного индекса I и его составляющих для территории ПФО для 12 месяцев года по срочным метеорологическим наблюдениям 19 метеостанций в период

1966-2013 гг. (данные фонда ВНИИГМИ-МЦД). В начале составляющие компоненты формулы (3) рассчитывались по среднесуточным данным, затем находились их многолетние среднемесячные значения для каждой из 19-и станций ПФО, что позволило оценить годовой ход и территориальные различия индекса патогенности (табл. 1). Как видно из таблицы, на всей территории округа хорошо выражен годовой ход индекса I: максимум I наблюдается в ноябре-феврале, что характеризует погодные условия как острые (I повсеместно больше 24), в марте, апреле, сентябре и октябре на большинстве станций формируются раздражающие погодные условия (I меняется от 10 до 24) и лишь в летние месяцы на большинстве станций за исключением северных Лальска и Ныроба погодные условия комфортные. Безусловно, это средняя климатическая картина, которая в отдельные дни может сильно варьировать. Следует отметить также заметные территориальные различия в распределении I на территории округа: большую часть года на севере и северо-востоке ПФО (Лальск, Ныроб) складываются раздражающие и

Таблица 1. Средние значения общего индекса патогенности (I) по метеостанциям

Станция Месяц Год

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Улу-Теляк 43.1 36.1 22.6 14.2 11.3 9.8 9.6 11.5 14.9 19.2 29.7 41.4 21.9

Учалы 38.2 34.6 23.3 14.9 11.2 8.0 7.7 9.2 12.0 16.9 27.6 35.2 19.9

Чебоксары 40.2 35.2 23.0 13.9 10.2 8.2 7.3 9.0 13.1 20.0 31.1 37.8 20.7

Киров 43.3 35.7 22.4 14.6 11.8 9.3 8.3 10.7 14.6 22.7 33.2 39.7 22.2

Лальск 48.6 40.7 26.2 16.9 13.4 11.2 10.5 13.3 17.6 24.8 36.1 44.5 25.3

Саранск 37.7 34.2 22.9 13.0 9.2 7.7 7.1 8.1 12.1 18.6 28.3 35.2 19.5

Н.Новгород 38.5 34.1 20.6 13.0 9.3 8.0 7.3 9.0 12.9 19.4 28.6 35.6 19.7

Оренбург 39.4 35.7 23.7 12.4 7.9 7.0 6.0 6.4 8.2 14.1 26.2 35.8 18.6

з.с. Озерный 42.8 39.9 29.8 16.0 9.7 7.3 6.4 7.0 8.9 15.0 29.6 39.7 21.0

Ныроб 50.3 41.2 26.7 18.9 14.9 11.3 10.6 14.3 18.9 27.4 39.1 48.1 26.8

Пермь 44.2 36.7 22.7 16.0 12.9 9.1 8.3 11.1 16.1 22.0 33.4 41.9 22.9

Маркс 35.5 33.2 22.0 11.7 8.2 8.0 7.3 6.6 8.5 14.2 26.2 33.7 17.9

Балашов 37.4 34.8 22.9 12.1 7.1 7.0 6.2 6.1 9.5 15.9 28.6 36.7 18.7

Перелюб 38.6 35.5 23.8 12.2 7.6 6.7 5.7 5.7 8.5 14.7 26.9 36.0 18.5

Бугульма 40.2 36.7 24.2 15.3 10.8 9.1 7.7 9.5 13.1 20.3 32.1 39.3 21.5

Казань 38.7 33.8 22.1 13.4 9.4 7.9 6.9 8.0 12.1 18.5 29.5 36.4 19.7

Ижевск 43.5 37.3 24.0 14.8 11.8 9.5 8.3 10.3 14.6 20.9 32.5 40.6 22.4

Ульяновск 38.9 36.2 23.5 13.3 8.8 7.9 6.6 7.6 11.5 17.9 28.4 36.5 19.8

СРЕДНЕЕ 41.1 36.2 23.7 14.3 10.3 8.5 7.7 9.1 12.6 19.0 30.4 38.6 20.9

4/2016

5

Таблица 2. Средние значения частных индексов патогенности по станциям

Индекс Месяц Год

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

ст. Ныроб

24.1 21.0 11.3 6.0 2.4 0.6 0.4 0.8 2.5 6.3 15.2 21.5 9.4

4 10.3 6.6 3.2 2.9 3.6 2.6 1.9 1.7 1.7 2.1 5.6 9.8 4.3

I 6.7 5.1 4.3 3.0 2.6 2.6 3.6 6.1 8.0 10.7 9.6 8.2 5.9

I n 4.6 4.2 4.0 3.9 4.0 3.8 3.6 4.3 4.5 5.2 4.9 4.9 4.3

I V 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5

3.7 3.3 3.1 2.3 1.8 1.1 0.7 1.2 2.1 2.9 3.3 3.8 2.4

I 50.3 41.2 26.7 18.9 14.9 11.3 10.6 14.3 18.9 27.4 39.1 48.1 26.8

ст. Казань

I 17.5 16.4 9.5 3.4 0.9 0.4 0.4 0.3 1.2 4.0 10.2 15.2 6.6

6.8 5.0 1.8 2.2 3.0 1.9 1.4 1.5 1.8 1.9 3.2 6.0 3.0

If 6.4 4.9 4.1 2.2 0.9 1.5 1.7 2.2 3.8 5.5 8.2 7.3 4.1

I n 4.6 3.9 3.6 3.2 3.0 2.7 2.4 2.8 3.5 4.3 4.8 4.8 3.6

I V 0.4 0.4 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.3

3.2 2.9 2.6 1.8 1.3 0.9 0.6 0.9 1.6 2.6 2.9 3.3 2.1

I 38.7 33.8 22.1 13.4 9.4 7.9 6.9 8.0 12.1 18.5 29.5 36.4 19.7

ст. Балашов

I 14.3 14.2 8.7 2.5 0.6 0.4 0.5 0.4 0.9 3.2 8.4 12.9 5.6

4 5.7 5.2 1.9 1.9 2.1 1.7 1.3 1.6 1.7 2.0 3.0 5.3 2.8

If 9.4 7.6 5.6 2.6 1.1 1.7 1.6 1.3 2.9 4.9 10.0 10.7 5.0

I n 4.8 4.2 3.6 2.8 2.1 2.1 1.9 1.7 2.7 3.4 4.6 4.8 3.2

I V 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.4

2.9 3.0 2.1 1.5 1.0 0.7 0.5 0.7 1.4 2.1 2.4 2.9 1.8

I 37.4 34.8 22.9 12.1 7.1 7.0 6.2 6.1 9.5 15.9 28.6 36.7 18.7

острые условия погоды, на юго-западе (Балашов) с мая по сентябрь погодные условия комфортные. При этом острые погодные условия формируются обычно в холодное время года в условиях активных синоптических процессов при быстром перемещении воздушных масс и атмосферных фронтов, приводящих к значительным кратковременным изменениям метеовеличин, к низкому температурному фону и высокой относительной влажности (Шумихина, 2015).

Анализ частных индексов патогенности по месяцам (составляющих формулы (1)) проведем на примере 3-х станций: Ныроб (северо-восток), Казань (центр) и Балашов (юго-запад) расположенных в различных физико-географических условиях (табл. 2).

Как видно из таблицы 2, зимой основной вклад в I вносят индексы патогенности температуры воздуха (I) (отклонение температуры воздуха от оптимальной) и IAt за счет больших межсуточных колебаний температуры, а в Балашове выделяется индекс патогенности влажности I. В летний период в Казани и Балашове погодные условия комфортные и величина частных индексов незначительна. Среди них возрастает роль индексов патогенности облачности и влажности, вклад скорости ветра и межсуточных колебаний давления невелика. На крайнем северо-востоке округа (ст. Ныроб), где природные условия наиболее жесткие, даже в июле общий индекс равен 10.6, при этом наибольший вклад в патогенность вносят влажность, облачность и межсуточные колебания

G

российский журннл лриклнлной экологии

Таблица 2. Средние значения частных индексов патогенности по станциям

Месяц Градации значений I

0-9 9.1-24 >24

I 0.0 9.3 90.7

II 0.0 16.1 83.9

III 3.7 53.8 42.6

IV 32.5 53.6 13.9

V 52.1 41.6 6.3

VI 62.3 34.5 3.2

VII 67.0 30.9 2.1

VIII 57.8 38.2 4.0

IX 39.4 49.7 10.9

X 16.4 55.4 28.2

XI 1.1 32.1 66.8

XII 0.1 12.4 87.5

температуры.

Интерес представляет информация о повторяемости погодных условий по градациям индекса патогенности (0-9, 10-24, >24). Расчеты производились по всем станциям, в таблице 3 в качестве примера приводятся осредненные данные по всему ПФО.

Согласно данным таблицы, комфортные условия преобладают в период май-август (повторяемость более 50%), раздражающие в марте-апреле и октябре, острые в январе, феврале, ноябре и декабре.

Выводы

1. В течение года по территории ПФО суммарный индекс патогенности изменяется от значений 35.5 - 50.3 (январь) до 5.7 - 14.3 (июль), Наиболее суровые климатические условия формируется на северо-востоке.

2. Наибольший вклад в суммарный индекс вносят составляющие зависящие от отклонения температуры воздуха от оптимальной, межсуточного перепада температуры, влажности и облачности.

3. Комфортные условия погоды в среднем по округу преобладают в период май-август (более 50% случаев), раздражающие в октябре, марте-апреле и острые в ноябре-феврале.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ (грант №15-05-06349).

Список литературы

1. Бокша В.Г., Богуцкий Б.В. Медицинская климатология

и климатотерапия. Киев: Здоровье, 1980. 216 с.

2. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. М: Росгидромет, 2014. 1008 с.

3. Естественное движение населения муниципальных районов и городских округов республики Татарстан (Статистический бюллетень). Казань, 2015. 18 с.

4. Исаев А.А. Экологическая климатология. М.: Научный мир, 2001. 456 с.

5. Переведенцев Ю.П., Шанталинский К.М., Важнова Н.А. Пространственно-временные изменения основных показателей температурно-влажностного режима в Приволжском Федеральном Округе // Метеорология и гидрология. 2014. № 4. С. 32-48.

6. Переведенцев Ю.П., Верещагин М.А., Шанталинский К.М. и др. Изменения климатических условий и ресурсов Среднего Поволжья. Казань: Центр инновационных технологий, 2011. 293 с.

7. Ревич Б.А. Неблагоприятные метеорологические условия как факторы риска здоровью населения России // Проблемы анализа риска. 2007. Т. 4, № 1. С. 16-26.

8. Ревич Б.А., Малеев В.В. Изменения климата и здоровье населения России: анализ ситуаций и прогнозные оценки. М.: ЛЕНАНД, 2011. 208 с.

9. Ревич Б.А., Шапошников Д.А. Изменения климата, волны жары и холода как факторы риска повышенной смертности населения в некоторых регионах России // Проблемы прогнозирования. 2012. № 2. С. 122-138.

10. Fouillet A., Rey G., Wagner M. et al. Has the impact of heat waves on mortality changed in France since the European heat wave of summer 2003? A study of the 2006 heat wave // International journal of Epidemiology. 2008. V. 37, № 2. Р. 309317.

11. IPCC, 2013: Climate change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate // Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. 1535 p.

Yu.P. Perevedentsev, T.R. Auhadeev, A.V. Antonova, K.M. Shantalinskii. Assessment of the comfort degree of the volga federal district territory for human accommodation.

Space-time analysis of the total pathogenicity Index I and its particular components in the territory of the Volga Federal District (VFD) was carried out. Increase of annoying weather conditions comes from the southwest of VFD to the north-east. Comfortable weather conditions are typical for the summer months. In winter, the main contribution to the overall Index I make pathogenicity indexes of air temperature and the day to day fluctuations in temperature, the role of cloud and humidity pathogenicity indexes increases in summer. Analysis of the distribution of pathogenicity index repeatability showed that comfortable weather (more than 50% of cases) occur in May-August, annoying in March-April, October and sharp in more than 50% of cases occur in January, February, November and December.

Keywords: climate change; pathogenicity index; human health; environment.

4/2G1G

7